技术领域
[0001] 本
发明涉及钻井设备技术领域，尤其涉及一种基于单片机的泥浆回流数显仪。
背景技术
[0002] 单片机又称单片微
控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个
计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、
导航系统、
家用电器等。
[0003] 测量泥浆回流，又称泥浆出口流量，其测量的主要目的是为了预
测井下是否有井漏或井涌等异常现象存在，而不是作为
水力参数来测量。因此
传感器都是检测出口流量的相对变化，用百分比表示。常用的传感器有两种，一种是
挡板式传感器，另外一种是
超声波传感器。挡板式传感器的工作原理是，泥浆冲击挡板，通过传动结构拉杆电位器的
输入轴运动，将变化的
电阻值作为
信号输出。
超声波传感器的工作原理是，通过测量泥浆
回流管内的泥
浆液位来换算出泥浆回流百分比。当回流管内无泥浆时，泥浆回流为0，当泥浆管内泥浆液位为管半径，即半管时，泥浆回流为50％，当泥浆管内泥浆液位为全充满，即满管时，泥浆回流为100％。
[0004] 采用挡板式测量泥浆回流，一方面挡板长期受泥浆的冲击仍然有疲劳的问题，即使在工厂标定好流量值的也会发生设定点飘移。另外一方面挡板式测量采用
接触式测量原理，泥浆容易粘连在挡板上，影响测量
精度和使用寿命，传统的泥浆回流数显仪操作步骤繁琐，给操作者带来了很大的不便。
发明内容
[0005] 针对
现有技术中采用挡板式测量泥浆回流，为接触式测量，泥浆容易粘连在挡板上，影响测量精度和实用寿命的技术
缺陷，本发明提出一种基于单片机的泥浆回流数显仪，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种基于单片机的泥浆回流数显仪，包括单片机模
块、电源模块、传感器模块、采集模块、刻度/显示按钮模块、
液晶显示模块；所述电源模块分别与单片机模块、传感器模块、采集模块、刻度/显示按钮模块、液晶显示模块连接，所述传感器模块与采集模块连接，所述采集模块、刻度/显示按钮模块、液晶显示模块分别与单片机模块连接。
[0007] 优选地，所述单片机模块包括单片机处理器及其外部
电路，所述的外部电路包括电阻R3、发光
二极管HL1、电阻R5、电容C1、电容C10、电容C11、晶振XTAL1、电源指示灯HL2、复位芯片IMP810；所述单片机处理器型号为STC89C52，其引脚1
串联发光二极管HL1的负极、正极、电阻R3一端，电阻R3的另一端、引脚31接+5V
电压；引脚3、引脚4、引脚5、引脚8分别接P12信号端、P13信号端、P14信号端、P17信号端；引脚18接晶振XTAL1的一端、电容C11的一端，引脚19接晶振XTAL1的另一端、电容C10的一端，电容C10的另一端与电容C11的另一端接电源地；单片机引脚9接复位芯片IMP810引脚2，复位芯片引脚1接电源地，复位芯片IMP810引脚3接+5V电压；单片机引脚16、引脚39、引脚38、引脚37、引脚36、引脚35、引脚34、引脚33、引脚32、引脚24、引脚26、引脚28、引脚30接WR信号端、D0信号端、D1信号端、D2信号端、D3信号端、D4信号端、D5信号端、D6信号端、D7信号端、P23信号端、P25信号端、P27信号端、ALE信号端；
单片机引脚20接电源地；+5V电压接电阻R5串联电源指示灯HL2后接电源地。
[0008] 优选地，所述电源模块包括AC/DC电源模块YAD15-05V24、YAD10-15及其外部电路，所述的外部电路包括XS1接
插件、XS2接插件、保险丝FUSE1、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19和二极管1.5KE27A；所述电源模块输入端为85～265伏交流电压XS1接插件，XS1接插件引脚1接FG信号端、XS1接插件引脚2串联保险丝FUSE1后接L2信号端，XS1接插件引脚3接N信号端；YAD15-05V24的引脚1接L2信号端、引脚2接N信号端、引脚3接FG信号端，引脚4接电容C12一端、电容C16的一端与XS2接插件的+24V信号端，引脚5接电容C12另一端、电容C16的另一端与XS2接插件的GND信号端，引脚7接电容C14一端、电容C18一端与XS2接插件的+5V信号端，引脚8接电容C14另一端、电容C18另一端与XS2接插件的GND信号端；YAD10-15引脚1接L2信号端、引脚2接N信号端、引脚3接FG信号端，引脚4接电容C13一端、电容C17的一端与XS2接插件的+15V信号端，引脚5接电容C13另一端、电容C17的另一端与XS2接插件的GND信号端，引脚7接电容C15一端、电容C19一端与XS2接插件的-15V信号端，引脚8接电容C15另一端、电容C19另一端与XS2接插件的GND信号端；XS2接插件引出六个
接口，包括+24V信号端、+IN信号端、+15V信号端、-15V信号端、+5V信号端、GND信号端，分别为单片机模块、传感器模块、采集模块、刻度/显示按钮模块、液晶显示模块供电；电源模块与传感器模块之间加二极管1.5KE27A，使后端的电路得到有效的保护。
[0009] 优选地，所述传感器模块采用
超声波传感器，超声波传感器通过连接
电缆与XS2接插件+IN信号端、+24V信号端连接。
[0010] 优选地，所述采集模块包括精密
电流环接收器芯片RCV420、低通滤波芯片OP07、串行
模数转换器芯片MAX187、电容C8、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25和电阻R4；所述的RCV420的引脚3接+IN信号端，引脚4接电容C20的一端与-15V电源，电容C20的另一端、引脚2、引脚5、引脚13、电容C21的一端接电源地，引脚10、引脚11、引脚12相连，引脚16分别接电容C21的另一端、+15V信号端，引脚14与引脚15相连后接电阻R4的一端；电阻R4的另一端接电容C22的一端与OP07的引脚3，电容C22的另一端接电源地，OP07的引脚
2与其引脚6相连后接MAX187的引脚2，OP07的引脚7接+5V信号端、串接电容C8后接电源地；
MAX187的引脚1与引脚3相连后分别接+5V信号端、电容C23的一端、电容C24的一端，其引脚4接电容C25的一端，其引脚5、电容C23另一端、电容C24另一端、电容C25另一端接电源地，引脚6、引脚7、引脚8接P14信号端、P13信号端、P12信号端。
[0011] 优选地，所述刻度/显示按钮模块包括DPDT刻度/显示按钮、两个8位拨码
开关SW-DIP8、两个74HC574
锁存器芯片、电阻R7，单片机的P17信号端连接到DPDT刻度/显示按钮的H引脚，DPDT刻度/显示按钮按下时H引脚与I引脚相连、K引脚与M引脚相连，DPDT刻度/显示按钮弹起时H引脚与J引脚相连、K引脚与L引脚相连，DPDT刻度/显示按钮的I引脚、L引脚经电阻R7连接至+5V电源,刻度/显示按钮的J引脚连接至电源地，刻度/显示按钮的K引脚、M引脚连接至液晶显示模块；其两个8位拨码开关SW-DIP8一端接电源地，另外一端分别经排阻R1、R2连接到电源+5V，然后分别与74HC574锁存器芯片1D-8D引脚相连；单片机的P23、P25引脚分别控制两个74HC574锁存器芯片的输出，74HC574锁存器芯片数据线1Q-8Q分别与单片机引脚P00-P07相连，74HC574锁存器芯片时钟CLK与单片机引脚ALE相连。
[0012] 优选地，所述液晶显示模块包括4位LCD锁存/译码/驱动ICM7211芯片、TN宽温4位LCD显示屏EDS816、六
反相器74HC04、电容C2、电容C3、电容C9、电阻R6和SPDT开关S2，单片机P27信号端连接ICM7211芯片的D3-CS1引脚的片选信号端；单片机引脚WR连接ICM7211芯片D4-CS2引脚的写信号控制端，单片机P00-P03引脚分别连接ICM7211芯片BCD码输入B0-B3引脚的数据输入端；ICM7211芯片的1A-4G引脚分别与EDS816液晶的1A-4G引脚连接；单片机P04-P05引脚分别连接ICM7211芯片D1-DA1、D2-DA2引脚位选信号端；ICM7211芯片的BP引脚分别与EDS816液晶的1DP引脚、COL引脚、COM引脚、74HC04芯片的9引脚、SPDT开关的P引脚连接，SPDT开关作为刻度/显示时小数点显示或消隐作用；EDS816液晶的3DP引脚与SPDT开关的N引脚连接,SPDT开关的O引脚与74HC04芯片的8引脚相连；ICM7211芯片的OSC引脚与74HC04芯片的6引脚连接；74HC04芯片的5引脚与电容C3的一端、74HC04芯片的4引脚连接，电容C3的另一端与电容C9的一端连接，电容C9的另一端与电阻R6的一端、74HC04芯片的1引脚连接，电阻R6的另一端分别与74HC04芯片的2引脚、3引脚相连。
[0013] 本发明具有如下优点和有益效果：
[0014] 1.本发明结构简单，实现成本低，性能稳定。
[0015] 2.本发明操作简便，刻度/显示按钮弹起时，液晶屏显示刻度系数，通过两个拨码开关完成刻度系数设置。刻度/显示按钮按下时，液晶屏显示泥浆回流百分比。
[0016] 3.本发明采用非接触式测量代替传统的接触式测量，提高了泥浆回流传感器的使用精度和使用寿命。
附图说明
[0017] 图1为本发明
实施例的
框架结构示意图。
[0018] 图2为本发明实施例的单片机模块及外部电路原理图。
[0019] 图3为本发明实施例的电源模块及外部电路原理图。
[0020] 图4为本发明实施例的传感器模块示意图。
[0021] 图5为本发明实施例的采集模块电路原理图。
[0022] 图6为本发明实施例的刻度/显示按钮模块电路原理图。
[0023] 图7为本发明实施例的液晶显示模块及外部电路原理图。
[0024] 其中，1、单片机模块；2、电源模块；3、传感器模块；4、采集模块；5、刻度/显示按钮模块；6、液晶显示模块。
具体实施方式
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本
专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0027] 实施例1
[0028] 如图1所示，为本发明的框架结构示意图，一种基于单片机的泥浆回流数显仪，包括单片机模块1、电源模块2、传感器模块3、采集模块4、刻度/显示按钮模块5、液晶显示模块6。所述电源模块2分别与单片机模块1、传感器模块3、采集模块4、刻度/显示按钮模块5、液晶显示模块6连接，所述传感器模块3与采集模块4连接，所述采集模块4、刻度/显示按钮模块5、液晶显示模块6分别与单片机模块1连接。所述刻度/显示按钮弹起时，液晶屏显示刻度系数，通过两个拨码开关完成刻度系数设置。所述刻度/显示按钮按下时，液晶屏显示泥浆回流百分比。
[0029] 本实施例中，发明的单片机模块1包括单片机处理器及其外部电路，如图2所示，所述的外部电路包括电阻R3、发光二极管HL1、电阻R5、电容C1、电容C10、电容C11、晶振XTAL1、电源指示灯HL2、复位芯片IMP810；所述单片机处理器型号为STC89C52，其引脚1串联发光二极管HL1的负极、正极、电阻R3一端，电阻R3的另一端、引脚31接+5V电压；引脚3、引脚4、引脚5、引脚8分别接P12信号端、P13信号端、P14信号端、P17信号端；引脚18接晶振XTAL1的一端、电容C11的一端，引脚19接晶振XTAL1的另一端、电容C10的一端，电容C10的另一端与电容C11的另一端接电源地；单片机引脚9接复位芯片IMP810引脚2，复位芯片引脚1接电源地，复位芯片IMP810引脚3接+5V电压；单片机引脚16、引脚39、引脚38、引脚37、引脚36、引脚35、引脚34、引脚33、引脚32、引脚24、引脚26、引脚28、引脚30接WR信号端、D0信号端、D1信号端、D2信号端、D3信号端、D4信号端、D5信号端、D6信号端、D7信号端、P23信号端、P25信号端、P27信号端、ALE信号端；单片机引脚20接电源地；+5V电压接电阻R5串联电源指示灯HL2后接电源地。
[0030] 实施例2
[0031] 本实施例与实施例1提供的一种基于单片机的泥浆回流数显仪一致，仅对各个模块进行进一步的限定。
[0032] 一种基于单片机的泥浆回流数显仪，包括单片机模块1、电源模块2、传感器模块3、采集模块4、刻度/显示按钮模块5、液晶显示模块6。所述电源模块2分别与单片机模块1、传感器模块3、采集模块4、刻度/显示按钮模块5、液晶显示模块6连接，所述传感器模块3与采集模块4连接，所述采集模块4、刻度/显示按钮模块5、液晶显示模块6分别与单片机模块1连接。所述刻度/显示按钮弹起时，液晶屏显示刻度系数，通过两个拨码开关完成刻度系数设置。所述刻度/显示按钮按下时，液晶屏显示泥浆回流百分比。
[0033] 本实施例中，发明的单片机模块1包括单片机处理器及其外部电路，如图2所示，所述的外部电路包括电阻R3、发光二极管HL1、电阻R5、电容C1、电容C10、电容C11、晶振XTAL1、电源指示灯HL2、复位芯片IMP810；所述单片机处理器型号为STC89C52，其引脚1串联发光二极管HL1的负极、正极、电阻R3一端，电阻R3的另一端、引脚31接+5V电压；引脚3、引脚4、引脚5、引脚8分别接P12信号端、P13信号端、P14信号端、P17信号端；引脚18接晶振XTAL1的一端、电容C11的一端，引脚19接晶振XTAL1的另一端、电容C10的一端，电容C10的另一端与电容C11的另一端接电源地；单片机引脚9接复位芯片IMP810引脚2，复位芯片引脚1接电源地，复位芯片IMP810引脚3接+5V电压；单片机引脚16、引脚39、引脚38、引脚37、引脚36、引脚35、引脚34、引脚33、引脚32、引脚24、引脚26、引脚28、引脚30接WR信号端、D0信号端、D1信号端、D2信号端、D3信号端、D4信号端、D5信号端、D6信号端、D7信号端、P23信号端、P25信号端、P27信号端、ALE信号端；单片机引脚20接电源地；+5V电压接电阻R5串联电源指示灯HL2后接电源地。
[0034] 本实施例中，所述电源模块2包括AC/DC电源模块YAD15-05V24、YAD10-15及其外部电路，如图3所示，所述的外部电路包括XS1接插件、XS2接插件、保险丝FUSE1、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19和二极管1.5KE27A；所述电源模块2输入端为85～265伏交流电压XS1接插件，XS1接插件引脚1接FG信号端、XS1接插件引脚2串联保险丝FUSE1后接L2信号端，XS1接插件引脚3接N信号端；YAD15-05V24的引脚1接L2信号端、引脚2接N信号端、引脚3接FG信号端，引脚4接电容C12一端、电容C16的一端与XS2接插件的+24V信号端，引脚5接电容C12另一端、电容C16的另一端与XS2接插件的GND信号端，引脚7接电容C14一端、电容C18一端与XS2接插件的+5V信号端，引脚8接电容C14另一端、电容C18另一端与XS2接插件的GND信号端；YAD10-15引脚1接L2信号端、引脚2接N信号端、引脚3接FG信号端，引脚4接电容C13一端、电容C17的一端与XS2接插件的+15V信号端，引脚5接电容C13另一端、电容C17的另一端与XS2接插件的GND信号端，引脚7接电容C15一端、电容C19一端与XS2接插件的-15V信号端，引脚8接电容C15另一端、电容C19另一端与XS2接插件的GND信号端；XS2接插件引出六个接口，包括+24V信号端、+IN信号端、+15V信号端、-15V信号端、+5V信号端、GND信号端，分别为单片机模块1、传感器模块3、采集模块4、刻度/显示按钮模块5、液晶显示模块6供电；电源模块2与传感器模块3之间加二极管1.5KE27A，使后端的电路得到有效的保护。
[0035] 本实施例中，所述传感器模块3示意图如图4所示，若泥浆回流管9为圆形，选一合适的
位置焊上一个平底回流方盒，与泥浆回流液面保持水平状态，安装超声波传感器或
探头7。若泥浆回流管9为敞开平底槽，可在其上两边各打四个安装孔，直接将传感器固定在平底回流槽上。
[0036] 本实施例中，所述采集模块4电路原理图如图5所示，泥浆回流传感器4-20mA电流信号与RCV420芯片+IN引脚相连，包括精密电流环接收器芯片RCV420、低通滤波芯片OP07、串行模数转换器芯片MAX187、电容C8、电容C20、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电容C25和电阻R4；所述的RCV420的引脚3接+IN信号端，引脚4接电容C20的一端与-15V电源，电容C20的另一端、引脚2、引脚5、引脚13、电容C21的一端接电源地，引脚10、引脚11、引脚12相连，引脚16分别接电容C21的另一端、+15V信号端，引脚14与引脚15相连后接电阻R4的一端；电阻R4的另一端接电容C22的一端与OP07的引脚3，电容C22的另一端接电源地，OP07的引脚
2与其引脚6相连后接MAX187的引脚2，OP07的引脚7接+5V信号端、串接电容C8后接电源地；
MAX187的引脚1与引脚3相连后分别接+5V信号端、电容C23的一端、电容C24的一端，其引脚4接电容C25的一端，其引脚5、电容C23另一端、电容C24另一端、电容C25另一端接电源地，引脚6、引脚7、引脚8接P14信号端、P13信号端、P12信号端。
[0037] 本实施例中，所述刻度/显示按钮模块5电路原理图如图6所示，包括DPDT刻度/显示按钮、两个8位拨码开关SW-DIP8、两个74HC574锁存器芯片、电阻R7，单片机的P17信号端连接到DPDT刻度/显示按钮的H引脚，DPDT刻度/显示按钮按下时H引脚与I引脚相连、K引脚与M引脚相连，DPDT刻度/显示按钮弹起时H引脚与J引脚相连、K引脚与L引脚相连，DPDT刻度/显示按钮的I引脚、L引脚经电阻R7连接至+5V电源，刻度/显示按钮的J引脚连接至电源地，刻度/显示按钮的K引脚、M引脚连接至液晶显示模块6；其两个8位拨码开关SW-DIP8一端接电源地，另外一端分别经排阻R1、R2连接到电源+5V，然后分别与74HC574锁存器芯片1D-8D引脚相连；单片机的P23、P25引脚分别控制两个74HC574锁存器芯片的输出，74HC574锁存器芯片数据线1Q-8Q分别与单片机引脚P00-P07相连，74HC574锁存器芯片时钟CLK与单片机引脚ALE相连。当刻度/显示按钮按下时，液晶屏显示泥浆回流百分比，单位为％，带一位小数。刻度/显示按钮弹起时，单片机模块1的HL1指示灯亮，表示处于刻度状态，液晶屏循环显示刻度系数A和刻度系数B，便于检查系数设置是否正确，其中，系数A带两位小数，系数B带一位小数。当刻度/显示按钮按下时，单片机根据所得的刻度系数A和刻度系数B求出泥浆回流百分比显示于液晶屏上。
[0038] 本实施例中，所述液晶显示模块6电路原理图如图7所示，包括4位LCD锁存/译码/驱动ICM7211芯片、TN宽温4位LCD显示屏EDS816、六反相器74HC04、电容C2、电容C3、电容C9、电阻R6和SPDT开关S2；单片机P27信号端连接ICM7211芯片的D3-CS1引脚的片选信号端；单片机引脚WR连接ICM7211芯片D4-CS2引脚的写信号控制端，单片机P00-P03引脚分别连接ICM7211芯片BCD码输入B0-B3引脚的数据输入端；ICM7211芯片的1A-4G引脚分别与EDS816液晶的1A-4G引脚连接；单片机P04-P05引脚分别连接ICM7211芯片D1-DA1、D2-DA2引脚位选信号端；ICM7211芯片的BP引脚分别与EDS816液晶的1DP引脚、COL引脚、COM引脚、74HC04芯片的9引脚、SPDT开关的P引脚连接，SPDT开关作为刻度/显示时小数点显示或消隐作用；EDS816液晶的3DP引脚与SPDT开关的N引脚连接,SPDT开关的O引脚与74HC04芯片的8引脚相连；ICM7211芯片的OSC引脚与74HC04芯片的6引脚连接；74HC04芯片的5引脚与电容C3的一端、74HC04芯片的4引脚连接，电容C3的另一端与电容C9的一端连接，电容C9的另一端与电阻R6的一端、74HC04芯片的1引脚连接，电阻R6的另一端分别与74HC04芯片的2引脚、3引脚相连。
[0039] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0040] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的
基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明
权利要求的保护范围之内。
